内容正文:
利用导函数研究函数的单调性问题
(典型题型归类总结)
题型一:导数与原函数图像的关系 2
题型二:求已知函数(不含参)单调性 4
题型三:在区间上递增或递减,求参数范围 7
题型四:在区间上存在增区间或减区间,求参数范围 11
题型五:在某区间上不单调,求参数范围 15
题型六:“一次型”含参单调性分析 19
题型七:“准一次型”含参单调性分析 22
题型八:“二次型”含参可因式分解单调性分析 24
题型九:“二次型”含参不可因式分解单调性分析 32
题型十:“准二次型”含参单调性分析 39
题型十一:二阶导求函数单调性 46
题型十二:与三角函数有关问题 50
题型一:导数与原函数图像的关系
函数单调性和导数的关系
(1)函数的单调性与导函数f'(x)的正负之间的关系
①单调递增:在某个区间(a,b)上,如果f'(x)>0,那么函数y=f(x)在区间(a, b) 上单调递增;
②单调递减:在某个区间(a,b)上,如果f'(x)<0,那么函数y=f(x)在区间(a,b)上单调递减.
③如果在某个区间(a,b)内恒有f'(x)=0,那么函数y=f(x)在这个区间上是一个常数函数.
【典题1】函数的定义域为R,它的导函数的部分图象如图所示,则下面结论正确的是( )
A.在上函数为增函数 B.在上函数为增函数
C.在上函数有极大值 D.是函数在区间上的极小值点
【变式1-1】已知函数在定义域内可导,其图象如图所示.记的导函数为,则不等式的解集为( )
A. B.
C. D.
【变式1-2】函数的定义域为,且图象如图所示,则不等式的解集为 .
1.已知函数的导函数的图象如图所示,则下列结论正确的是( )
A. B.
C.时,取得最大值 D.时,取得最小值
2.定义在区间上的函数的导函数图象如图所示,则下列结论正确的是( )
A.函数在区间单调递增 B.函数在区间单调递减
C.函数在处取得极大值 D.函数在处取得极小值
3.(多选)函数f(x)的导函数f'(x)的图像如图所示,则( )
A.为函数f(x)的零点 B.x=2为函数f(x)的极小值点
C.函数f(x)在上单调递减 D.f(﹣2)是函数f(x)的最小值
4.已知定义在区间上的函数的图象如图所示,若函数是的导函数,则不等式的解集为 .
题型二:求已知函数(不含参)单调性
求已知函数(不含参)的单调区间
①求的定义域
②求
③令,解不等式,求单调增区间
④令,解不等式,求单调减区间
注:求单调区间时,令(或)不跟等号.
【例1】函数的单调递减区间是( )
A. B. C. D.
【变式1-1】函数的单调递减区间为( )
A. B. C. D.
【变式1-2】已知函数是定义在上的奇函数,且当时,,则当时,的单调递增区间为 .
【变式1-3】已知函数.求的单调区间;
1.已知函数,则“在区间上单调递增”的一个充分不必要条件为( )
A. B. C. D.
2.函数的单调递增区间是( )
A.和(0,2) B. C.(0,2) D.和
3.函数的单调递增区间是( )
A. B. C. D.
4.函数的单调递减区间为( )
A. B. C. D.
5.函数的严格递减区间是 .
6.函数的单调减区间可以为( )
A. B. C. D.
7.(多选)若函数的单调递增区间为,则可能是( )
A. B.
C. D.
8.已知奇函数的导函数为,若当时,且.则的单调增区间为 .
9.已知函数的减区间为,则 .
10.函数的单调递增区间为 .
11.已知函数.若,讨论的单调性;
12.已知函数,若,求的单调区间.
题型三:在区间上递增或递减,求参数范围
已知函数的单调性问题
①若在某个区间上单调递增,则在该区间上有恒成立(但不恒等于0);反之,要满足,才能得出在某个区间上单调递增;
②若在某个区间上单调递减,则在该区间上有恒成立(但不恒等于0);反之,要满足,才能得出在某个区间上单调递减.
【例1】若函数在区间上单调递增,则实数的取值范围为 .
【变式1-1】已知函数在区间上单调递增,则a的取值范围是: .
【变式1-2】已知函数在区间上单调递增,则实数a的最小值为( )
A.0 B.1 C.2 D.3
【变式1-3】已知函数在上为减函数,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
【例2】 已知函数,若在区间上单调递增,则实数的取值范围 .
【变式2-1】已知函数在区间上单调递减,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
【变式2-2】“函数f(x)=ex(ex﹣3)在区间[m,+∞)上单调递增”的充要条件是( )
A. B. C. D.
【变式2-3】(多选)若函数,在区间上单调,则实数m的取值范围可以是( )
A. B. C. D.
1.已知函数在区间上单调递减,则实数的取值范围为( )
A. B. C. D.
2.若函数在区间上单调递增,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
3.已知函数在,上为增函数,在(1,2)上为减函数,则实数a的取值范围为( )
A. B. C.】 D.
4.设,若函数在递增,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
5.若函数在具有单调性,则a的取值范围是( )
A. B. C. D.
6.(多选)若是区间(m﹣1,m+4)上的单调函数,则实数m的值可以是( )
A.﹣4 B.﹣3 C.3 D.4
7.已知函数是区间上的单调函数,则的取值范围是 .
8.若函数在上单调递增,则a的取值范围是 .
8.已知函数的减区间为,则 .
10.如果函数在区间上单调递减,在区间上单调递增,则的值为 .
题型四:在区间上存在增区间或减区间,求参数范围
已知函数在区间上存在单调区间
①已知在区间上存在单调递增区间,有解.
②已知在区间上单调递区间减,有解.
【例1】函数在上存在单调递增区间,则的取值范围是 .
【变式1-1】已知函数在上有增区间,则a的取值范围是 .
【变式1-2】若函数存在增区间,则实数的取值范围为( )
A. B.C. D.
【变式1-3】若函数在上存在单调递减区间,则的取值范围是 .
1.若函数在上存在单调递增区间,则实数的取值范围为( )
A.[ B. (-1,+∞) C.] D.
2.若函数存在单调递减区间,则实数b的取值范围是( )
A. B. C. D.]
3.若函数存在单调递减区间,则实数的取值范围是 .
4.若函数在区间内存在单调递增区间,则实数a的取值范围是( )
A. B. C. D.
5.若函数在区间上有单调递增区间,则实数的取值范围是 .
6.已知函数在上有增区间,则a的取值范围是 .
7若函数在存在单调递减区间,则a的取值范围为 .
8.若函数存在单调递减区间,则实数的取值范围是 .
9.若函数在上存在单调递增区间,则实数的最大值为 .
10.函数的导函数为,若在的定义域内存在一个区间在区间上单调递增,在区间上单调递减,则称区间为函数的一个“渐缓增区间”.若对于函数,区间是其一个渐缓增区间,那么实数的取值范围是 .
11.已知函数存在单调递减区间,则实数的取值范围是 .
12.设.若在上存在单调递增区间,求的取值范围;
题型五:在某区间上不单调,求参数范围
已知函数在区间上不单调,使得(且是变号零点),通常用分离变量法求解参变量范围,或者补集思想求解。
【例1】已知函数在区间上不是单调函数,则实数的取值范围是( )
A. B. C. D.
【变式1-1】已知函数在上不是单调函数,则实数m的取值范围是 .
【变式1-2】已知函数.若在内不单调,则实数a的取值范围是 .
【变式1-3】.若函数在区间内不单调,则的取值范围是 .
【例2】若函数在区间上不单调,则实数m的取值范围为( )
A. B. C. D.m>1
【变式2-1】若函数在区间上不单调,则实数的取值范围是( )
A. B.
C. D.不存在这样的实数k
【变式2-2】若函数在区间上不单调,则实数m的取值范围为( )
A. B. C. D.m>1
1.已知函数在上不单调,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
2.若函数在区间(1,4)上不单调,则实数a的取值范围是 .
3.已知函数,则在上不单调的一个充分不必要条件是( )
A. B. C. D.
4.若对于任意 ,函数在区间(t,3)上总不为单调函数,则实数m的取值范围是 .
5.函数在上不单调,则实数的取值范围为( )
A. B. C. D.
6.函数在上不单调的一个充分不必要条件是( )
A. B. C. D.
7.函数在R上不单调,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
8.已知函数在区间上不单调,则实数a的取值范围是 .
题型六:“一次型”含参单调性分析
“一次函数”型:分类讨论的思考:
;
② “一次函数”型要注意的是:是否一次函数,直线斜率大于0还是小于0,函数零点与定义域端点的大小!
【例1】求函数的单调区间.
【变式1-1】求函数的单调区间.
【变式1-2】已知是实数,求函数的单调区间.
【变式1-3】求函数的单调区间.
1.已知函数.讨论函数的单调性;
2. 求函数的单调区间.
3.设函数.讨论的单调性;
4.已知函数,其中.讨论的单调性;
5.求函数的单调区间.
6.已知0<a<1,函数f(x)(x≠0).求f(x)的单调区间.
7.已知函数讨论f(x)的单调性:
题型七:“准一次型”含参单调性分析
导函数的形式为含参准一次函数,首先对定号,然后讨论导函数的零点与区间端点的大小关系,结合导函数的图像判定导函数的符号,从而写出函数的单调区间.
【例1】已知函数求函数的单调区间.
【变式1-1】已知函数f(x)=(a﹣1)x+ex(a∈R).讨论函数y=f(x)的单调性;
【变式1-2】.已知函数f(x)=x+2﹣aex.讨论f(x)的单调性;
【变式1-3】已知函数.讨论的单调性;
1.已知函数f(x)=x+2﹣aex.讨论f(x)的单调性;
2.已知函数.讨论的单调性;
题型八:“二次型”含参可因式分解单调性分析
“二次函数型”:
1.先讨论二次项系数等于0,大于0,小于0三种情况
2.再讨论判别式(先讨论判别式为负或为0的情形,对应导函数只有一种符号,原函数在定义域上为单调的),
3.在判别式大于0的情况下还要确定两根的大小(若不能确定的要进行一步讨论),而且要注意根与定义域的关系, 最后根据导函数正负确定原函数相应单调性,记得写出综述结论。
提示:为讨论导函数的根及导函数的符号情况,一般能因式分解的要先分解(包括分式先通分)。
能因式分解说明导函数存在零点,就不需要考虑讨论判别式.
【例1】讨论的单调性.
【变式1-1】已知函数.讨论的单调性;
【变式1-2】已知函数,讨论函数的单调性;
【变式1-3】已知函数,求的单调区间.
【变式1-4】已知函数,.求函数的单调区间.
【变式1-5】已知函数.时,讨论的单调性.
1.已知函数f(x)=x3﹣3ax﹣1,a≠0,求f(x)的单调区间;
2.已知函数f(x)=ax2﹣lnx﹣2.讨论函数f(x)的单调性.
3.已知函数.讨论函数的单调性;
4.已知函数.讨论的单调性.
5.已知函数(,为自然对数的底数).讨论函数的单调性;
6.已知函数.讨论的单调性;
7.已知函数.讨论函数的单调性;
8.已知函数,.讨论的单调性;
9.已知函数,函数.判断函数的单调性;
10.已知函数,讨论函数的单调性;
11.已知函数,其中.求的单调区间.
题型九:“二次型”含参不可因式分解单调性分析
“二次函数型”:
1.先讨论二次项系数等于0,大于0,小于0三种情况
2.再讨论判别式(先讨论判别式为负或为0的情形,对应导函数只有一种符号,原函数在定义域上为单调的),
3.在判别式大于0的情况下还要确定两根的大小(若不能确定的要进行一步讨论),而且要注意根与定义域的关系, 最后根据导函数正负确定原函数相应单调性,记得写出综述结论。
提示:为讨论导函数的根及导函数的符号情况,一般能因式分解的要先分解(包括分式先通分)。
【例1-1】已知函数, 当时,讨论函数的单调性.
【例1-2】求函数的单调性.
【例1-3】求函数的单调区间.
【变式1-1】讨论函数,的单调性
【变式1-2】设函数讨论的单调性;
【变式1-3】已知函数,其中.讨论函数的单调性;
1 . 讨论函数的单调性.
2 .若函数,求函数的单调区间.
3.已知函数.讨论的单调性.
4.已知函数.讨论的单调性
5.设函数,求的单调区间.
6.已知函数.讨论函数的单调性;
7.已知函数.讨论的单调性;
8. 求函数的单调性.
9.已知函数,讨论的单调性;
题型十:“准二次型”含参单调性分析
含参准二次函数型一般指的是含指数型或对数型的二次函数型,一般转化为熟悉的模型去理解。
【思考】举一个与导函数的正负性一致的导函数: .
【例1】求函数其中的单调性.
【变式1-1】求函数的单调性.
【变式1-2】讨论函数的单调性.
【变式1-3】已知函数.讨论的单调性;
【变式1-4】已知函数的单调性.
【变式1-5】求函数的单调性.
1.以下哪个导函数的正负性与导函数的正负性一致 ( )
2.求函数的单调性.
3.已知函数,.若,讨论函数的单调性;
4.已知函数f(x)=(x﹣1)ex﹣ax2+b.讨论f(x)的单调性;
5.已知函数f(x)=ae2x+(a﹣2)ex﹣x.讨论f(x)的单调性;
6.已知函数f(x)=ex(ex﹣a)﹣a2x.讨论f(x)的单调性;
7.已知函数f(x)=(x﹣1)exa.讨论f(x)的单调性;
8.求函数的单调性.
9.已知函数.判断函数的单调性.
题型十一:二阶导求函数单调性
1 二阶导数的概念
如果函数的导数在处可导,则称的导数为函数在处的二阶导数,记为.
Eg 若函数,则,.
2二阶导数的意义
二阶导数是一阶导数的导数.从原理上看,它表示一阶导数的变化率;从图形上看,它反映的是函数图像的凹凸性.
若在内,则在内为凹函数;若在内,则在内为凸函数;
Eg ,其二次导数,为凹函数;
,其二次导数,为凸函数;
了解函数凹凸性,对于部分题型有助于更快地找到解题思路,特别是在切线放缩.
3 二次求导的运用
① 二阶导数在高中教材中没有介绍,我们不好直接使用二阶导数性质,甚至它的符号.
② 二次求导除了可以判断函数凹凸性,还有一个重要运用,
使用场景:某些函数一次求导后,解和难度较大或甚至解不出(即很难得到的正负性),则需要进行”二次求导”.
思考:若能知道的图像(或草图),其正负性是否更好分析呢?那图如何而来?求导便可画图拉,分析其单调性、极值、最值等,这样一想便有了以下解题步骤;
解题步骤:设,对求导,求出和的解,便可得到的单调性,进而求其最值,不难得到的正负性,由图可知原函数的单调性.
若也很难求解呢?那就要三次求导.
【例1】求函数的单调区间.
【变式1-1】求函数的单调性.
【变式1-2】.已知函数.判断的单调性,并说明理由;
【例2】已知函数,为的导数,讨论的单调性;
【变式2-1】求函数在的单调性.
【变式2-2】设函数的单调性.
1.已知函数,判断的单调性,并说明理由;
2.函数.当时,求函数的单调性;
3.求函数的单调性.
4.求函数的单调性.
题型十二:与三角函数有关问题
与三角函数有关问题时,要注意三角函数的有界性。
【例1】若函数,,设,试比较的大小.
【变式1-1】函数在上的单调递减区间为 .
【变式1-2】已知函数.当时,求的单调区间;
【变式1-3】已知函数.当时,讨论在区间上的单调性;
【例2】求的单调性.
【变式2-1】求函数,,的单调区间.
【例3】若函数的图象在区间上单调递增,则实数的最小值为 .
【变式3-1】若函数在上单调递减,则实数的取值范围为( )
A.(-2,2) B.[-2,2] C.(-1,1) D.[-1,1]
【变式3-2】已知函数f(x)=ax﹣sin2x在(0,π)上单调递增,则实数a的取值范围为( )
A.(1,+∞) B.[1,+∞) C.(2,+∞) D.[2,+∞)
1.已知函数f(x)=ax+cosx在上单调递增,则a的取值范围是( )
A.[﹣1,+∞) B.[1,+∞) C. D.
2.(多选)已知函数f(x)=xcosx﹣sinx﹣x的定义域为[﹣2π,2π],则( )
A.f(x)为奇函数 B.f(x)在[0,π)上单调递减
C.f(x)恰有2个极值点 D.f(x)有且仅有2个极大值点
3.求函数在区间的单调性.
4.已知函数.当时,求的单调区间;
5.已知函数f(x)=xsinx+cosx,x∈(0,2π).求函数f(x)的单调区间和极值.
6.已知函数f(x)=(a﹣1)x+ex(a∈R).设函数g(x)=f(x)﹣sinx,若函数y=g(x)在[0,+∞)上为增函数,求实数a的取值范围.
7.已知函数f(x)=sin2xsin2x.讨论f(x)在区间(0,π)的单调性;
8.已知,若,讨论的单调性;
9.已知函数.当时,讨论的单调性;
10.已知函数.讨论函数在区间上的单调性;
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利用导函数研究函数的单调性问题
(典型题型归类总结)
题型一:导数与原函数图像的关系 2
题型二:求已知函数(不含参)单调性 6
题型三:在区间上递增或递减,求参数范围 11
题型四:在区间上存在增区间或减区间,求参数范围 18
题型五:在某区间上不单调,求参数范围 25
题型六:“一次型”含参单调性分析 31
题型七:“准一次型”含参单调性分析 36
题型八:“二次型”含参可因式分解单调性分析 38
题型九:“二次型”含参不可因式分解单调性分析 50
题型十:“准二次型”含参单调性分析 63
题型十一:二阶导求函数单调性 73
题型十二:与三角函数有关问题 78
题型一:导数与原函数图像的关系
函数单调性和导数的关系
(1)函数的单调性与导函数f'(x)的正负之间的关系
①单调递增:在某个区间(a,b)上,如果f'(x)>0,那么函数y=f(x)在区间(a, b) 上单调递增;
②单调递减:在某个区间(a,b)上,如果f'(x)<0,那么函数y=f(x)在区间(a,b)上单调递减.
③如果在某个区间(a,b)内恒有f'(x)=0,那么函数y=f(x)在这个区间上是一个常数函数.
【典题1】函数的定义域为R,它的导函数的部分图象如图所示,则下面结论正确的是( )
A.在上函数为增函数 B.在上函数为增函数
C.在上函数有极大值 D.是函数在区间上的极小值点
【详解】由图象可知在区间和上,递增;在区间上,递减.
所以A选项正确,B选项错误.
在区间上,有极大值为,C选项正确.
在区间上,是的极小值点,D选项错误.
故选:AC
【变式1-1】已知函数在定义域内可导,其图象如图所示.记的导函数为,则不等式的解集为( )
A. B.
C. D.
【详解】
对于不等式对,
当时,,则结合图象,知原不等式的解集为;
当时,,则结合图象,知原不等式的解集为.
综上,原不等式的解集为.
故选:A
【变式1-2】函数的定义域为,且图象如图所示,则不等式的解集为 .
【解析】由图可知,在和上单调递增,在上单调递减,
当时,;当时,.
不等式可等价于或,
当时,有,即;
当时,有,即,
综上所述,不等式的解集为.
【点拨】由原函数图像判断出原函数的单调性,继而得到导函数的正负性(导函数的穿线图),再看图易得不等式解集.注意原函数的趋势图与导函数的穿线图之间的转化.
1.已知函数的导函数的图象如图所示,则下列结论正确的是( )
A. B.
C.时,取得最大值 D.时,取得最小值
【详解】
由图象可知:当时,;当时,;
在,上单调递增,在上单调递减;
对于A,,,A正确;
对于B,,,B正确;
对于C,由单调性知为极大值,当时,可能存在,C错误;
对于D,由单调性知,D错误.
故选:AB.
2.定义在区间上的函数的导函数图象如图所示,则下列结论正确的是( )
A.函数在区间单调递增 B.函数在区间单调递减
C.函数在处取得极大值 D.函数在处取得极小值
【分析】
根据导函数图像判断出函数的单调性和极值,由此判断出正确选项.
【详解】
根据导函数图像可知,在区间上,,单调递减,在区间上,,单调递增.所以在处取得极小值,没有极大值.
所以A,B,D选项正确,C选项错误.
故选:ABD
3.(多选)函数f(x)的导函数f'(x)的图像如图所示,则( )
A.为函数f(x)的零点
B.x=2为函数f(x)的极小值点
C.函数f(x)在上单调递减
D.f(﹣2)是函数f(x)的最小值
【分析】由f'(x)的图像可知,在(﹣∞,﹣2),(,2)单调递减,在(﹣2,)单调递增,从而可得答案.
【解答】解:由f(x)的导函数f'(x)的图像可知,在(﹣∞,﹣2),(,2)单调递减,在(﹣2,)单调递增,
故当x=﹣2或x=2时,f(x)取得极小值,但f(﹣2)与f(2)的大小关系不确定,
故BC正确,AD错误,
故选:BC.
4.已知定义在区间上的函数的图象如图所示,若函数是的导函数,则不等式的解集为 .
【答案】(-2,-1)∪(-1,1)
【解析】结合导数与单调性关系可知,
-2<x<-1,1<x<2时,函数单调递减,此时f′(x)<0,
当-1<x<1时,函数单调递增,此时f′(x)>0,
由不等式可得,(x+1)f′(x)>0,
解可得,-1<x<1或-2<x<-1,
故不等式的解集(-2,-1)∪(-1,1).
题型二:求已知函数(不含参)单调性
求已知函数(不含参)的单调区间
①求的定义域
②求
③令,解不等式,求单调增区间
④令,解不等式,求单调减区间
注:求单调区间时,令(或)不跟等号.
【例1】函数的单调递减区间是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【详解】令,
,,,,
则在上单调递减,在上单调递增.
故选:A
【变式1-1】函数的单调递减区间为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【详解】函数的定义域为,
,
因为,可得,解得,可得,
因此,函数的单调递减区间为.
故选:D.
【变式1-2】已知函数是定义在上的奇函数,且当时,,则当时,的单调递增区间为 .
【答案】
【解析】当时,,
由,解得,所以在区间上单调递增,
因为函数是定义在上的奇函数,
所以函数图象关于原点对称,
所以在区间上单调递增.
故答案为:.
【变式1-3】已知函数.求的单调区间;
【解析】的定义域为,,又,
当时,,则单调递减;
当时,,则单调递增,
即的单调减区间为,单调增区间为.
1.已知函数,则“在区间上单调递增”的一个充分不必要条件为( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【详解】在区间上单调递增等价于在区间上大于等于恒成立,
即在上恒成立,即,
故是的充分不必要条件,故D正确.
故选:D.
2.函数的单调递增区间是( )
A.和(0,2) B. C.(0,2) D.和
【答案】D
【详解】的定义域为,
,令,解得或,
故的单调递增区间为和.
故选:D
3.函数的单调递增区间是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】求导后,根据导函数的正负即可得到结果.
【详解】由题意得:函数的定义域为,,
当时,;当时,;的单调递增区间为.
4.函数的单调递减区间为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】求导,解不等式可得.
【详解】的定义域为
解不等式,可得,
故函数的递减区间为.
5.函数的严格递减区间是 .
【答案】.
【解析】函数的定义域为,
,
令,则且,即的严格递减区间为.
6.函数的单调减区间可以为( )
A. B.
C. D.
【答案】AC
【详解】由题意得,
令,解得或,
结合选项可知函数的单调减区间可以为,,
故选:AC.
7.(多选)若函数的单调递增区间为,则可能是( )
A. B.
C. D.
【答案】BD
【详解】A选项,的定义域为,故单调递增区间不可能为,A错误;
B选项,定义域为,
,令,解得,
所以单调递增区间为,B正确;
C选项,定义域为,
,令,解得或,
所以单调递增区间为,,C错误;
D选项,定义域为,
,令,解得,
故单独递增区间为,D正确.
故选:BD
8.已知奇函数的导函数为,若当时,且.则的单调增区间为 .
【答案】
【解析】因为时,则,
又,则,即,
所以,
令,即,即,
又,则,解得,
令,即,即,
即,解得,
所以在单调递增,
又为奇函数,
当时,在单调递增,
所以的单调增区间为.
9.已知函数的减区间为,则 .
【答案】3
【详解】由题意可得,,解集为,则.
故答案为:3
10.函数的单调递增区间为 .
【答案】
【解析】函数的定义域为,
,
由得或(因为,故舍去),
所以在区间上单调递增.
故答案为:
11.已知函数.若,讨论的单调性;
【解析】函数的定义域为,
当时,,所以,
设,因为、都在上单调递增,
所以在上单调递增,且,
所以时,单调递减;
时,单调递增.
所以在上单调递减,在上单调递增.
12.已知函数,若,求的单调区间.
【解析】若,则的定义域为,
且,
令,解得;令,解得;
所以的单调递增区间为,单调递减区间为.
题型三:在区间上递增或递减,求参数范围
已知函数的单调性问题
①若在某个区间上单调递增,则在该区间上有恒成立(但不恒等于0);反之,要满足,才能得出在某个区间上单调递增;
②若在某个区间上单调递减,则在该区间上有恒成立(但不恒等于0);反之,要满足,才能得出在某个区间上单调递减.
【例1】若函数在区间上单调递增,则实数的取值范围为 .
【解析】,则,
若在区间上单调递增,则在恒成立 ,
方法一 分离参数法
要成立等价于在恒成立,
令,,
则,在递增,
故,
故,
方法二 数形结合法
令,它是开口向下,过定点,
结合图像可知若要成立,只需要.
【点拨】
① 若函数在某个区间内单调递增,则(含等号)恒成立,但不存在一区间内使得;
② 处理恒成立问题,方法多样,比如直接转化为最值问题,利用分离参数法转化为最值问题,数形结合等.
【变式1-1】已知函数在区间上单调递增,则a的取值范围是: .
【答案】
【详解】依题可知,在上恒成立,显然,所以,
设,所以,所以在上单调递增,
,故,即,即a的最小值为.
故a的取值范围是.
故答案为
【变式1-2】已知函数在区间上单调递增,则实数a的最小值为( )
A.0 B.1 C.2 D.3
【答案】B
【分析】根据题意,恒成立,分离参数结合二次函数的性质求得答案.
【详解】因为函数在上单调递增,所以对恒成立,
即恒成立,设,,
当时,,所以,则,
所以实数a的最小值为.
【变式1-3】已知函数在上为减函数,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】因为函数在上为减函数,
所以在上恒成立,
所以在上恒成立,令,
所以,
所以在上单调递减,所以,
故,所以的取值范围是.
故选:D.
【例2】 已知函数,若在区间上单调递增,则实数的取值范围 .
【答案】
【分析】由导数求解函数的单调递增区间,即可列不等式求解.
【详解】由得,
由于函数的定义域为,故令,解得,故的单调递增区间为,
若在区间上单调递增,则,解得
【变式2-1】已知函数在区间上单调递减,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】,
当,解得:,
由条件可知,
所以 ,解得:.
故选:B.
【变式2-2】“函数f(x)=ex(ex﹣3)在区间[m,+∞)上单调递增”的充要条件是( )
A. B. C. D.
【分析】利用导数研究函数的单调性即可得出结论.
【解答】解:f(x)=ex(ex﹣3),
f′(x)=ex(ex﹣3)+ex•ex=2ex(ex﹣),
令f′(x)=0,解得x=ln,
∴函数f(x)在(﹣∞,ln)上单调递减,在(ln,+∞)上单调递增.
∴“函数f(x)=ex(ex﹣3)在区间[m,+∞)上单调递增”的充要条件是m≥ln.
故选:C.
【变式2-3】(多选)若函数,在区间上单调,则实数m的取值范围可以是( )
A. B. C. D.
【答案】AC
【解析】,
令,得,令,得,
所以函数的单调增区间为,单调减区间为,
因为函数在区间上单调,
所以或,解得或.
故选:AC.
1.已知函数在区间上单调递减,则实数的取值范围为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】因为,所以,
因为在区间上单调递减,
所以,即,则在上恒成立,
因为在上单调递减,所以,故.
故选:A.
2.若函数在区间上单调递增,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】因为函数在区间上单调递增,
所以在区间上恒成立,
即在区间上恒成立,
令,
则,
所以在上递增,又,
所以.
所以的取值范围是.
3.已知函数在,上为增函数,在(1,2)上为减函数,则实数a的取值范围为( )
A. B. C.】 D.
【答案】B
【解析】由,得,
∵在,上为增函数;上为减函数,
∴两根分别位于和中,
得,即,解得.
4.设,若函数在递增,则的取值范围是( )
A.B. C. D.
【答案】B
【详解】因为函数在递增,
所以在上恒成立,
则,即在上恒成立,
由函数单调递增得,
又,所以,所以,
所以即,解得,
所以的取值范围是.
故选:B
5.若函数在具有单调性,则a的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【详解】由,
当函数在单调递增时,
恒成立,得,设,
当时,单调递增,
当时,单调递减,所以,
因此有,
当函数在单调递减时,
恒成立,得,设,
当时,单调递增,
当时,单调递减,所以,
显然无论取何实数,不等式不能恒成立,
综上所述,a的取值范围是,
故选:C
6.(多选)若是区间(m﹣1,m+4)上的单调函数,则实数m的值可以是( )
A.﹣4 B.﹣3 C.3 D.4
【分析】求导,分析导函数的正负得到原函数的单调性,再由已知建立关于m的不等式组,解出即可.
【解答】解:由题意,f′(x)=﹣x2+x+2=﹣(x﹣2)(x+1),
令f′(x)>0,解得﹣1<x<2,令f′(x)<0,解得x<﹣1或x>2,
所以f(x)在(﹣1,2)上单调递减,在(﹣∞,﹣1),(2,+∞)上单调递减,
若函数在区间(m﹣1,m+4)上单调,
则m+4≤﹣1或m﹣1≥2或,解得m≤﹣5或m≥3或m∈∅,
即m≤﹣5或m≥3.
故选:CD.
7.已知函数是区间上的单调函数,则的取值范围是 .
【答案】
【详解】,
令,则或,
因为是区间上的单调函数,
所以或,解得或,
所以的取值范围是.
故答案为:.
8.若函数在上单调递增,则a的取值范围是 .
【答案】
【分析】分与两种情况,求导,然后参变分离,构造函数,求出最值,得到答案.
【详解】,
当时,,
令得,
令,,
在上恒成立,
故在上单调递减,
又,所以,解得;
当时,,
令得,
令,,
在上恒成立,
故在上单调递减,
其中,故,解得,
由于,即在处连续,
综上,.
8.已知函数的减区间为,则 .
【答案】3
【解析】由题意可得,,解集为,则.
故答案为:3
10.如果函数在区间上单调递减,在区间上单调递增,则的值为 .
【答案】1
【详解】由题意得,,由,得,
解得或.
当时,,当时,,
则在区间上单调递增,不满足条件,舍去;
当时,,
当时,,当时,,满足在区间上单调递减,在区间上单调递增,故.
故答案为:1
题型四:在区间上存在增区间或减区间,求参数范围
已知函数在区间上存在单调区间
①已知在区间上存在单调递增区间,有解.
②已知在区间上单调递区间减,有解.
【例1】函数在上存在单调递增区间,则的取值范围是 .
【答案】
【详解】函数,∴,
∵函数在上存在单调递增区间,,即有解,
令,,∴当时,,即可.
故答案为:
【变式1-1】已知函数在上有增区间,则a的取值范围是 .
【答案】
【详解】由题得,
因为函数在上有增区间,
所以存在使得成立,
即成立,
因为时,,
所以.
故答案为:
【变式1-2】若函数存在增区间,则实数的取值范围为( )
A. B.C. D.
【答案】C
【详解】若函数不存在增区间,则函数单调递减,
此时在区间恒成立,
可得,则,可得,
故函数存在增区间时实数的取值范围为.故选C.
【变式1-3】若函数在上存在单调递减区间,则的取值范围是 .
【答案】
【解析】,则,
函数在区间上存在减区间,只需在区间上有解,
即在区间上有解,
又,则,
所以在区间上有解,
所以,,令,,
则,
令,则在区间恒成立,
所以在上单调递减,所以,
即,所以,所以实数的取值范围是.
1.若函数在上存在单调递增区间,则实数的取值范围为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】根据条件得出存在,使成立,即存在,使成立,构造函数,,求出的最值即可解决问题.
【详解】因为函数在上存在单调递增区间,
所以存在,使成立,即存在,使成立,
令,, 变形得,因为,所以,
所以当,即时,,所以
2.若函数存在单调递减区间,则实数b的取值范围是( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【分析】首先计算出,由存在单调递减区间知在 上有解即可得出结果.
【详解】函数的定义域为 ,且其导数为.由存在单调递减区间知在 上有解,即有解.因为函数的定义域为 ,所以.要使有解,只需要的最小值小于,所以,即,所以实数的取值范围是 .
3.若函数存在单调递减区间,则实数的取值范围是 .
【答案】
【解析】,
由题意知,在上有实数解,
即有实数解,
当时,显然满足,
当时,只需
综上所述
4.若函数在区间内存在单调递增区间,则实数a的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】把题意转化为在上有解,设,利用导数判断单调性,即可求解.
【详解】由可得:.
因为函数在区间内存在单调递增区间,
所以在上有解,即在上有解.
设,由在上恒成立,所以在单调递增,所以.
所以.
5.若函数在区间上有单调递增区间,则实数的取值范围是 .
【答案】
【分析】根据题意转化为在上有解,分离参数后求函数最值即可得解.
【详解】,由题意在上有解,
即在上有解,
根据对勾函数的性质可知,在上单调递增,所以在时取最大值,
故,故实数的取值范围是.
6.已知函数在上有增区间,则a的取值范围是 .
【答案】
【解析】等价于存在使得成立,即成立,即得解.由题得,
因为函数在上有增区间,
所以存在使得成立,
即成立,
因为时,,
所以.
故答案为:
7若函数在存在单调递减区间,则a的取值范围为 .
【答案】
【解析】,等价于在有解,即在有解,
即在有解,所以,
令,
则,即在上是增函数,
∴,所以.
故答案为:.
8.若函数存在单调递减区间,则实数的取值范围是 .
【答案】
【解析】,
由题意知,在上有实数解,
即有实数解,
当时,显然满足,
当时,只需
综上所述
故答案为:
9.若函数在上存在单调递增区间,则实数的最大值为 .
【答案】
【解析】因为,所以,由题意有解,即有解,令,,
时,该函数单调递增;
时,该函数单调递增,
所以,当取得最大值,
所以.
10.函数的导函数为,若在的定义域内存在一个区间在区间上单调递增,在区间上单调递减,则称区间为函数的一个“渐缓增区间”.若对于函数,区间是其一个渐缓增区间,那么实数的取值范围是 .
【答案】
【解析】对于函数,
,令,
则,因为在区间上单调递减,
所以恒成立,即恒成立,又,
所以,
又在区间上单调递增,
所以恒成立,
所以,解得,
综合得.
故答案为:.
11.已知函数存在单调递减区间,则实数的取值范围是 .
【答案】
【详解】函数的定义域为,求导得,
依题意,不等式在上有解,等价于在上有解,
而,当且仅当时取等号,则,
所以实数a的取值范围是.
故答案为:.
12.设.若在上存在单调递增区间,求的取值范围;
【答案】(1);
【详解】解:(1),
当时,,
则当时,令,得,
所以,当时,在上存在单调递增区间;
题型五:在某区间上不单调,求参数范围
已知函数在区间上不单调,使得(且是变号零点),通常用分离变量法求解参变量范围,或者补集思想求解。
【例1】已知函数在区间上不是单调函数,则实数的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【详解】因为在区间上不是单调函数,
所以在区间上有解,即在区间上有解.
令,则.
当时,;当时,.
故在上单调递减,在上单调递增.又因为,
且当时,
所以在区间上单调递增,所以,解得.
故选:A
【变式1-1】已知函数在上不是单调函数,则实数m的取值范围是 .
【答案】或
【详解】因为,所以,
又不是单调函数,所以函数有极值点,即在上有变号零点,
则成立,
当时,可化为,显然不成立;
当时,,
因为,,所以或,
所以实数m的取值范围为或(因为要有变号零点,故不能取等号),
经检验,或满足要求.
故答案为:或
【变式1-2】已知函数.若在内不单调,则实数a的取值范围是 .
【答案】
【详解】由,得,
当在内为减函数时,则在内恒成立,
所以在内恒成立,
当在内为增函数时,则在内恒成立,
所以在内恒成立,
令,因为在内单调递增,在内单调递减,
所以在内的值域为,所以或,
所以函数在内单调时,a的取值范围是,
故在上不单调时,实数a的取值范围是.
故答案为:.
【变式1-3】.若函数在区间内不单调,则的取值范围是 .
【答案】
【分析】由函数在区间不是单调函数,得函数在区间上有极值,即导函数在区间内有解,由此求得的取值范围.
【详解】解:函数在区间内不单调,
在区间有解.并且解的两侧,导函数的符号相反,
由,解得,.
而在区间上单调递减,在,上单调递增.
的取值范围是.
【例2】若函数在区间上不单调,则实数m的取值范围为( )
A. B.
C. D.m>1
【答案】B
【解析】函数的定义域为,
且,
令,得,
因为在区间上不单调,
所以,解得:
故选:B.
【变式2-1】若函数在区间上不单调,则实数的取值范围是( )
A. B.
C. D.不存在这样的实数k
【答案】B
【解析】由题意得,在区间上至少有一个实数根,
又的根为,且在或两侧异号,
而区间的区间长度为2,故只有2或-2在区间内,
∴或,
∴或,故A,C,D错误.
故选:B.
【变式2-2】若函数在区间上不单调,则实数m的取值范围为( )
A. B.
C. D.m>1
【答案】B
【解析】函数的定义域为,
且,
令,得,
因为在区间上不单调,
所以,解得:
1.已知函数在上不单调,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】依题意,故在上有零点,令,令,得,令,
则,由,得,单调递增,又由,得,
故,所以,的取值范围
2.若函数在区间(1,4)上不单调,则实数a的取值范围是 .
【答案】(4,5)
【分析】由已知得在上存在变号零点,参变分离后利用导数讨论新函数的单调性后可得实数的取值范围.
【详解】解:函数,,
若函数在区间上不单调,则在上存在变号零点,
由得,
令,,,
在递减,在递增,而,,,
所以.
3.已知函数,则在上不单调的一个充分不必要条件是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】求导,令,根据在上不单调,由在上有变号零点求解.
【详解】,
令,
因为在上不单调,
在上有变号零点,即在上有变号零点,
当 时, ,不成立;
当 时,只需 ,即 ,
解得 或 ,
所以 在上不单调的充要条件是或 ,
所以在上不单调的一个充分不必要条件是
4.若对于任意 ,函数在区间(t,3)上总不为单调函数,则实数m的取值范围是 .
【答案】
【详解】,若存在,在区间上为单调函数,
则①在上恒成立,或②在上恒成立.
由①得在上恒成立,由于,所以,
即在上恒成立,由于函数均为上的单调递减函数,
所以单调递减,当时,取最大值,则,
又存在,所以,
当时,取到最小值-5,所以,即;
由②得在上恒成立,则,即,
所以存在,函数g(x)在区间(t,3)上为单调函数的m的取值范围为或,
因此使函数g(x)在区间(t,3)上总不为单调函数的m的取值范围为.
故答案为:
5.函数在上不单调,则实数的取值范围为( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】函数,
则,
记,
∵在上不单调,
当时不满足;
当时,对称轴为,,
∴或,
故选:C.
6.函数在上不单调的一个充分不必要条件是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】依题意,,因在上不单调,
故导函数在上必有变号零点.
令,得,再令,则,
由,得即在上单调递增,所以,
故只需,即,
对于A,是的真子集,故 A选项是一个充分不必要条件,
而其他选项中,的范围都不是的真子集,故都不正确.
故选:A.
7.函数在R上不单调,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】由,而,
要使在R上不单调,则 .
故选:D
8.已知函数在区间上不单调,则实数a的取值范围是 .
【答案】
【详解】
∵函数在区间上不单调,
∴在区间内有解,
则在内有解,
易知函数在上是减函数,
∴的值域为,
因此实数a的取值范围为.
故答案为:
题型六:“一次型”含参单调性分析
“一次函数”型:分类讨论的思考:
;
② “一次函数”型要注意的是:是否一次函数,直线斜率大于0还是小于0,函数零点与定义域端点的大小!
【例1】求函数的单调区间.
【解析】的定义域是,(优先讨论函数定义域)
,
(通分,,则的正负性等价于的正负性)
(判断的函数类型,分和)
(1)当时,,在上递增;
(2)当时,令,解得,
(一次函数的斜率正数还是负数会影响导函数的正负性,分和讨论;同时注意零点与定义域端点的比较,结合图像就容易理解)
①当时,,在上,,递增;
②当时,,
在上,,递增;在上,,递减;
综上所述,
当时,在上递增;当时,在上递增,在上递减.
【点拨】
本题对于导函数的分类讨论,您还可以有两个角度:
(1)从代数角度,,则时,而时有零点;
(2) 看成分式函数上下平移得到,则时图象与轴相离且,而时与轴相交,即有零点.故分类的角度可以多样的,要灵活处理.
【变式1-1】求函数的单调区间.
【答案】若,在上为增函数;
若,则在上为减函数,在上为增函数;
若,则在上为增函数,在上为减函数.
【解析】
令,即 (这里需要对方程的类型讨论)
(1)若时,,在上为增函数,
(2)若时,则由得 (这里需要对的斜率讨论)
① 若时,
当时,,递减;当当时,,递增;
② 当时,
当时,,递增;当时,,递减;
综上所述:若,在上为增函数;
若,则在上为减函数,在上为增函数;
若,则在上为增函数,在上为减函数.
【变式1-2】已知是实数,求函数的单调区间.
【答案】当时,在递增;
当时,在递减,在递增.
【解析】函数的定义域为,
,由得.
(考虑是否落在导函数的定义域内,需对参数的取值分及两种情况进行讨论)
(1)当时,则在上恒成立,所以的单调递增区间为.
(2)当时,由,得;由,得.
因此,当时,的单调递减区间为,的单调递增区间为.
综上所述
当时,在递增;
当时,在递减,在递增.
【变式1-3】求函数的单调区间.
【解析】易知,函数的定义域为(0,+∞),
因为.
若,则,此时原函数不具有单调性;
若,当时,,此时函数为增函数,
当时,,此时函数为减函数;
若,当时,,此时函数为减函数,
当时,,此时函数为增函数;
1.已知函数.讨论函数的单调性;
【解析】(1)函数的定义域是,
因,
①若,则在上单调递增;
②若,则当时,单调递减;
当时,单调递增;
综上,当时,在上单调递增,
当时,在上单调递减,在上单调递增
2. 求函数的单调区间.
【答案】若时,在上递增;
若时,在上递增,在递减.
【解析】;(求导后通分)
的定义域是,
与的符号是一致的.
(那我们只需要在各区间符号问题,注意数形结合)
(1)若时,在上递增;(判断的函数类型)
(2)若时,令,得;
①若时,当时,,递增;
②若时,
当时,,递增;当时,,递减;
综上所述
若时,在上递增;
若时,在上递增,在递减.
(该题把导函数看成反比例函数的图像进行更容易些)
3.设函数.讨论的单调性;
【解析】的定义域为,,
若,则,在上单调递增.
若,则当时,,单调递减;
当时,,单调递增;
4.已知函数,其中.讨论的单调性;
【解析】因为,易知其定义域为,,
当时,在上恒成立,
当时,由,得到,
所以,当时,,时,,
综上所述,当时,的单调增区间为,无减区间,
当时,的单调增区间为,减区间.
5.求函数的单调区间.
【解析】易知,函数的定义域为(0,+∞),
因为.
若,则,此时原函数不具有单调性;
若,当时,,此时函数为增函数,
当时,,此时函数为减函数;
若,当时,,此时函数为减函数,
当时,,此时函数为增函数;
6.已知0<a<1,函数f(x)(x≠0).求f(x)的单调区间.
【分析】求导,利用导函数的符号可确定函数的单调区间.
【解答】解:因为.
所以,.
由f′(x)>0⇒x>1,又函数定义域为(﹣∞,0)∪(0,+∞),
所以函数在(﹣∞,0)和(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增.
7.已知函数讨论f(x)的单调性:
【解析】.
当时,,易知f(x)在R上单调递减.
当时,令,可得;令,可得且,
∴f(x)在和上单调递减,在上单调递增.
当时,令,可得且;令,可得,
∴在和上单调增,在上单调递减.
题型七:“准一次型”含参单调性分析
导函数的形式为含参准一次函数,首先对定号,然后讨论导函数的零点与区间端点的大小关系,结合导函数的图像判定导函数的符号,从而写出函数的单调区间.
【例1】已知函数求函数的单调区间.
【解析】,
若时,在上递增;
若时,令,解得
当时,递增;当递减.
综上所述:
若时,在上递增;
若时,在递增,在递减.
【点拨】
①导函数的图象可以看成是由上下平移而来,当时,图象向上平移,不产生零点;当时,图象向下平移,存在一个零点.
②不要一开始就令,误认为导函数一直存在零点,其实看下,也可知当时,才有意义!
【变式1-1】已知函数f(x)=(a﹣1)x+ex(a∈R).讨论函数y=f(x)的单调性;
【分析】直接利用参数的讨论和函数的求导求出函数的单调区间;
【解答】解:由题意得,f′(x)=a﹣1+ex,x∈R,
①当a≥1时,f′(x)=a﹣1+ex>0,函数f(x)在R上单调递增;
②当a<1时,
令f′(x)=a﹣1+ex>0,解得x>ln(1﹣a),
函数f(x)在(ln(1﹣a),+∞)上单调递增;
f′(x)=a﹣1+ex<0,解得x<ln(1﹣a),
函数f(x)在(﹣∞,ln(1﹣a))上单调递减;
综上,当a≥1时,函数f(x)在R上单调递增;
当a<1时,函数f(x)在(﹣∞,ln(1﹣a))上单调递减,
在(ln(1﹣a),+∞)上单调递增,
【变式1-2】.已知函数f(x)=x+2﹣aex.讨论f(x)的单调性;
【分析】先求出导函数f′(x),再对a分情况讨论,根据f′(x)的正负得到f(x)的单调性;
【解答】解:函数f(x)=x+2﹣aex,定义域为R,
则f′(x)=1﹣aex,
当a≤0时,f′(x)>0,所以f(x)在(﹣∞,+∞)上单调递增,
当a>0时,令f′(x)>0,得,令f′(x)<0,得,
所以f(x)在上单调递增,在上单调递减;
【变式1-3】已知函数.讨论的单调性;
【解析】
函数的定义域为,.
令,解得,
则有当时,;当时,;
所以在上单调递减,在上单调递增.
1.已知函数f(x)=x+2﹣aex.讨论f(x)的单调性;
【分析】先求出导函数f′(x),再对a分情况讨论,根据f′(x)的正负得到f(x)的单调性;
【解答】解:函数f(x)=x+2﹣aex,定义域为R,
则f′(x)=1﹣aex,
当a≤0时,f′(x)>0,所以f(x)在(﹣∞,+∞)上单调递增,
当a>0时,令f′(x)>0,得,令f′(x)<0,得,
所以f(x)在上单调递增,在上单调递减;
2.已知函数.讨论的单调性;
【分析】(1)先求导,再分类讨论与两种情况,结合导数与函数单调性的关系即可得解;
【详解】(1)因为,定义域为,所以,
当时,由于,则,故恒成立,
所以在上单调递减;
当时,令,解得,
当时,,则在上单调递减;
当时,,则在上单调递增;
综上:当时,在上单调递减;
当时,在上单调递减,在上单调递增.
题型八:“二次型”含参可因式分解单调性分析
“二次函数型”:
1.先讨论二次项系数等于0,大于0,小于0三种情况
2.再讨论判别式(先讨论判别式为负或为0的情形,对应导函数只有一种符号,原函数在定义域上为单调的),
3.在判别式大于0的情况下还要确定两根的大小(若不能确定的要进行一步讨论),而且要注意根与定义域的关系, 最后根据导函数正负确定原函数相应单调性,记得写出综述结论。
提示:为讨论导函数的根及导函数的符号情况,一般能因式分解的要先分解(包括分式先通分)。
能因式分解说明导函数存在零点,就不需要考虑讨论判别式.
【例1】讨论的单调性.
【解析】的定义域为,(注意函数的定义域)
,(通分,因式分解是常规操作)
令;与的符号相同)
(第一步:讨论函数类型)
(1)当时,
当时,,即,函数单调递增;
当时,,即,函数单调递减;
(2)当时,令,解得;
(第二步:讨论二次函数开口方向)
①当时,抛物线开口向下,
由于 (留意导函数零点和定义域端点的大小)
时,,即,函数单调递增;
时,,即,函数单调递减.
②当时,抛物线开口向上,
(第三步:比较导函数零点大小)
当时,,恒成立,(不要忘了两根相等的情况)
此时,函数在上单调递增;
当时,,
时,,即,函数单调递增;
时,,即,函数单调递减;
时,,函数单调递增;
当时,
时,,函数单调递增;
时,,即,函数单调递减;
时,,即,函数单调递增;
当时,, 留意导函数零点和定义域端点0的大小)
时,单调递减;
时,,即,函数单调递增;
综上所述:
当时,函数在上单调递增 , 在上单调递减;
当时,函数在上单调递增;
当时,函数在上单调递增 , 在上单调递减;
当时,函数在单调递增,在单调递减;
当时,函数在单调递减 , 在单调递增.
【点拨】
①原函数的单调性等价于导函数的正负性,我们注重导函数是否存在零点,零点的个数,零点的大小等;
②求导后,通分、因式分解是个好习惯,;能因式分解说明导函数存在零点,本题就不需要考虑讨论判别式.
③ 本题分类讨论思路
④ 在第二,第三步讨论中,要注意导函数零点和定义域端点的大小.
⑤ 在讨论繁琐时,建议以思维导图形式,画“导函数图像”梳理思路,并画上对应每个分类讨论步骤中导函数与原函数的草图.
【变式1-1】已知函数.讨论的单调性;
【解析】函数的定义域为,
则,
①当时,令,解得,令,解得,
在上单调递减,在上单调递增,
②当时,令,解得,令,解得或,
在上单调递减,在和上单调递增,
③当时,恒成立,
在上单调递增,
④当时,令,解得,令,解得或,
在上单调递减,在和上单调递增,
综上所述,当时,在上单调递减,在上单调递增;
当时,在上单调递减,在和上单调递增;
当时,在上单调递增;
当时,在上单调递减,在和上单调递增;
【变式1-2】已知函数,讨论函数的单调性;
【解析】由题知,,,
①当时,,
则时,,单调递增;
当时,,单调递减;
所以的增区间是,减区间是;
②当时,,
当和时,,单调递增,
当时,,单调递减,
故的增区间是和,减区间是;
③当时,,故的单调递增区间是;
④当时,,在和上,单调递增;
在上,单调递减;
故的增区间是和,减区间是,
综上,当时,的增区间是,减区间是;
当时,的增区间是和,减区间是;
当时,的增区间是,
当时,的增区间是和,减区间是.
【变式1-3】已知函数,求的单调区间.
【解析】函数的定义域为,
求导得,
由可得或,
①当时,由可得,由可得,
②当时,在上恒成立,
③当时,由可得,由可得.
故当时,的单调增区间为,单调减区间为;
当时,的单调增区间为,无递减区间;
当时,的单调增区间为,单调减区间为.
【变式1-4】已知函数,.求函数的单调区间.
【解析】函数的定义域为.由题意得,
当时, ,则在区间内单调递增;
当时,由,得或(舍去),
当时,,单调递增,
当时,,单调递减.
所以当时, 的单调递增区间为,无单调递减区间;
当时, 的单调递增区间为,单调递减区间为.
【变式1-5】已知函数.时,讨论的单调性.
【解析】因为,所以,
所以,
所以
令可得,或,
若时,
当时,,函数在上单调递增,
当时,,函数在上单调递减,
当时,,函数在上单调递增,
若,
当时,,函数在上单调递增,
当时,,函数在上单调递减,
当时,,函数在上单调递增,
若,,且当且仅当时取等号,
所以在上单调递增,
综上,当时,函数的递增区间为,,递减区间为,
当,函数的递增区间为,,递减区间为,
若时,函数的单调递增区间为,没有递减区间,
1.已知函数f(x)=x3﹣3ax﹣1,a≠0,求f(x)的单调区间;
【解答】解析:f′(x)=3x2﹣3a=3(x2﹣a),
当a<0时,对x∈R,有f′(x)>0,
当a<0时,f(x)的单调增区间为(﹣∞,+∞)
当a>0时,由f′(x)>0解得或;
由f′(x)<0解得,
当a>0时,f(x)的单调增区间为;
f(x)的单调减区间为.
2.已知函数f(x)=ax2﹣lnx﹣2.讨论函数f(x)的单调性.
【分析】先求出函数的导数,通过讨论a的取值范围求出函数的单调区间.
【解答】∵f′(x)=(x>0),
a≤0时,f′(x)<0,f(x)的单调递减区间为:(0,+∞),
a>0时,f(x)在(0,)递减,在(,+∞)递增.
3.已知函数.讨论函数的单调性;
【解析】(1)因为的定义域为,
又,
当时,在上恒成立,所以在上单调递增;
当时,令,解得(舍去),;
当,,在上单调递减;
,,在上单调递增;
综上,当时,在上单调递增;
当时,在上单调递减,在上单调递增.
4.已知函数.讨论的单调性.
【解析】的定义域为,且,
当时,则,
令,解得,令,解得,
所以在上单调递减,在上单调递增;
当时,则有:
若,则,令,则单调递增;
令,则或单调递减;
若,则,令,则单调递增;
令,则或单调递减;
若,则单调递减.
综上所述,当时,在上单调递减,在上单调递增;
当时,在上单调递减,在上单调递增;
当时,在上单调递减,在上单调递增;
当时,在上单调递减.
5.已知函数(,为自然对数的底数).讨论函数的单调性;
【解析】的定义域为,
,
当时,,令得,令得,
故在上单调递增,在上单调递减,
当时,令得(舍去),或,
令得,令得,
故在上单调递增,在上单调递减,
当时,令得或,
若时,,
令得或,令得,
故在,上单调递增,在上单调递减,
若时,,此时恒成立,
故在上单调递增,
若时,,
令得或,令得,
故在,上单调递增,在上单调递减,
综上,当时,在上单调递增,在上单调递减,
当时,在,上单调递增,在上单调递减,
当时,在上单调递增,
当时,在,上单调递增,在上单调递减;
6.已知函数.讨论的单调性;
【解析】由题知的定义域为,
由,得.
若,则,在上单调递减,
若,当时,,单调递增,
当时,,单调递减,
综上可得,当时,在上单调递减,
当时,在上单调递增,在上单调递减;
7.已知函数.讨论函数的单调性;
【解析】易知定义域为,令得或,
①当,即时,令得或,令得;
故在单调递减,在,上单调递增;
②当,即时,恒成立,故在上单调递增;
③当,即时,令得或,
令得,在上单调递减,在,上单调递增;
综上,当时,在单调递减,在,上单调递增;
当时,在上单调递增;当时,在上单调递减,
在,上单调递增.
8.已知函数,.讨论的单调性;
【答案】当时,在上,是减函数,
当时,在上,是减函数,在上,是增函数;
【解析】解:函数f(x)的定义域为(0,+∞)
又
当a≤0时,在(0,+∞)上,f′(x)<0,f(x)是减函数
当a>0时,由f′(x)=0得:或(舍)
所以:在上,f′(x)<0,f(x)是减函数
在上,f′(x)>0,f(x)是增函数
9.已知函数,函数.判断函数的单调性;
【答案】答案见解析
【解析】由题意得,;
∴.
当时,,函数在上单调递增;
当时,令,有:在上单调递增;令,有:在上单调递减;
综上,当时,函数在上单调递增;当时,函数在上单调递增,在上单调递减.
10.已知函数,讨论函数的单调性;
【答案】见解析
【解析】因为,
所以.
令,解得或.
若,当即或时,
故函数的单调递增区间为;
当即时,故函数的单调递减区间为.
若,则,
当且仅当时取等号,故函数在上是增函数.
若,当即或时,
故函数的单调递增区间为;
当即时,故函数的单调递减区间为.
综上,时,函数单调递增区间为,单调递减区间为;
时,函数单调递增区间为;
时,函数单调递增区间为,单调递减区间为.
11.已知函数,其中.求的单调区间.
【解析】,
令,即解不等式:,
① 当时,解得:,
故的单调区间为:
② 当时, ,所以解得:,
故的单调区间为:
③ ,则,常值函数不具备单调性.
④ 时,解得:或,
故的单调区间为:
综上,当时, 在递减,在递增,在递减;
当时, 在递减,在递增,在递增,在递减;
当时,则,常值函数不具备单调性;
当时, 在递增,在递减,在递减,在递增.
题型九:“二次型”含参不可因式分解单调性分析
“二次函数型”:
1.先讨论二次项系数等于0,大于0,小于0三种情况
2.再讨论判别式(先讨论判别式为负或为0的情形,对应导函数只有一种符号,原函数在定义域上为单调的),
3.在判别式大于0的情况下还要确定两根的大小(若不能确定的要进行一步讨论),而且要注意根与定义域的关系, 最后根据导函数正负确定原函数相应单调性,记得写出综述结论。
提示:为讨论导函数的根及导函数的符号情况,一般能因式分解的要先分解(包括分式先通分)。
【例1-1】已知函数, 当时,讨论函数的单调性.
【解析】的定义域为,
,
(因为,所以的正负性等价于的正负性;先确定函数类型,分和)
(1)若时,,故在单调递增;
(2)若时,
(抛物线的开口方向会影响导函数的正负性,分和)
①若时,,故在单调递增;
②若时,令,解得,
则当时,,递增;当时,,递减.
综上所述
当时,在单调递增;
当时,在单调递增,在单调递减.
【点拨】
① 本题分析函数的正负性,先确定是否二次函数,再确定二次函数开口方向.
② 从代数的角度,也可知当时,时有零点,分和
两种情况讨论便可.
【例1-2】求函数的单调性.
【解析】,其判别式为,
(不一定能在实数内因式分解,故思考导函数是否存在零点,由判别式决定,分和讨论)
(1)若,即时,在上递增;
(2)若,即或时,
令,解得或,其中,
当时,递减;当或时,递增.
综上所述,当时,在上递增;
当或时,在上递减,
在递增.
【点拨】对于“二次函数”型,求导后要思考下能否可以因式分解,若不能,则对判别式进行讨论,确定导函数零点存在情况!
【例1-3】求函数的单调区间.
【解析】的定义域为
(求导后通分、因式分解,确保有零点存在)
令,得,
(对导函数零点与定义域端点三者比较大小,先比较与的大小,分和)
(1)若时,
当时,,递减;当时,,递增;
(2)若时,
(判断导函数零点的大小,分、、三种情况)
①时,
,递增;(不要遗忘零点相等的情况)
②时,
当或时,,递增;当时,,递减;
③时,
当或时,,递增;当时,,递减.
综上所述
当时,递减区间为,递增区间为;
当时,递增区间为;
当时,递增区间为或,递减区间为;
当时,递增区间为或,递减区间.
【点拨】
求导后能够因式分解,说明导函数存在零点;
若函数存在零点,需要注意零点的大小比较,并且零点是否在定义域范围内,结合图象会更容易得到分类讨论的标准!
【变式1-1】讨论函数,的单调性
【解析】因为,所以,
即,
当时,,令,解得,
所以时,,所以在上单调递减,
时,,所以在上单调递增;
当时, ,
令,,
当时,令,则,,
所以方程有、两个根, 解得,,
因为,,所以,,
所以不在定义域内,
时,,单调递减,
时,,单调递增;
时,当时,即时,在上恒成立,
所以在上单调递减;
当,即时,方程有、两个根,
解得,,
因为,,所以,,
,又因为,,
所以当时,,单调递减,
时,,单调递增,
时,,单调递减;
综上所述:时, 在是单调递减,在单调递增;
时,在上单调递减,在上单调递增
时,在和上单调递减,
在上单调递增;
时,在单调递减.
【变式1-2】设函数讨论的单调性;
【答案】答案见解析
【解析】定义域为,
,
令,
①当时,,,故在上单调递增,
②当时,,的两根都小于零,在上,,
故在上单调递增,
③当时,,的两根为,
当时,;当时,;当时,;
故分别在上单调递增,在上单调递减.
【变式1-3】已知函数,其中.讨论函数的单调性;
【解析】,
当时,恒成立,故在上单调递增;
② 当时,,令,得.
∵,∴方程有两不等实根.
∵,,∴.
令,得或;令,得.
综上所述,当时,在上单调递增;当时,在上单调递增,
在上单调递减,在上单调递增.
另法(常规方法):讨论的符号.
当,即时,恒成立,则,在上递增;
② 当,即或时,方程有两不等实根.
(i)当时,由知,则恒成立,故在上递增;
(ii)当时,由知,
令,得或;令,得.
故在、上递增,在上递减.
综上,当时,在上单调递增;当时,在上单调递增,
在上单调递减,在上单调递增.
1 . 讨论函数的单调性.
【答案】当时,在上递增;当时,在上递减;
当时,在上递增,在上递减.
【解析】的定义域为,.
(1)当时,,在上递增;
(2)当时,
①若,,在上递增;
②若
ⅰ若,,在上递减;
ⅱ若,令,解得,
则当时,;当时,;
故在上单调递增,在上单调递减.
综上所述;
当时,在上递增;
当时,在上递减;
当时,在上单调递增,在上单调递减.
2 .若函数,求函数的单调区间.
【答案】时,的递减区间为,
递增区间为:;
时,递减区间为,递增区间为;
时,的减区间为,增区间为.
【解析】的定义域,,
设,,
(1)当时,,
,,即,所以在单调递减;
,,即,所以在单调递增;
(2)当时,因为,,
①若,即时,在上即,
所以在单调递减.
②若时,令得,此时
当或时,,递减;
当时,,递增.
(3)当时,因为,,
所以有一正一负两根,解得,
当时,,递减;
当时,,递增.
综上所述:
时,的减区间为,增区间为:;
时, 递减区间为,递增区间为;
时, 的减区间为,增区间为.
3.已知函数.讨论的单调性.
【解析】,
当时,的判别式,
若,①当时,,在上恒成立,在上单调递增;
②当时,,方程的二根,
由,得或,由,得,
函数在,上单调递增,在上单调递减;
若,①当时,,在上恒成立,在上单调递减;
②当时,,方程的二根,
由,得,由,得或,
函数在上单调递增,在,上单调递减,
所以当时,在上单调递减,在上单调递增;
当时,在上单调递增;
当时,在,上单调递增,在上单调递减;
当时,在上单调递减;
当时,在,上单调递减,在上单调递增.
4.已知函数.讨论的单调性
【解析】, ,
当时,,所以在上单调递增.
当时,令,则.
若,即时,恒成立,所以在上单调递增.
若,即时,方程的根为,
当时,或,在和上单调递增;
当时,,在上单调递减.
综上所述,当时,在上单调递增;当时,在和上单调递增,
在上单调递减.
5.设函数,求的单调区间.
【解析】, ,
若,则, 则恒成立,此时在上单调递增.
当或,由解得,
当时,列表如下:
当时,列表如下:
综上, 当时,在递减,在递增,在递减;
当时,在上单调递增;
当时,在递增,在递减,在递增.
6.已知函数.讨论函数的单调性;
【答案】答案见解析
【解析】的定义域为,,
当时,,则在上是增函数;
当时,,
所以;
或;
,
所以在上是减函数,在和上是增函数.
7.已知函数.讨论的单调性;
【解析】的定义域为.
关于的方程,
当时,,,所以在上单调递增.
当时,,此时,
,所以在上单调递增.
当时,则是方程的两根.
又,所以,
令,解得或,
令,解得,
所以在和上单调递增,在上单调递减.
8. 求函数的单调性.
【解析】 依题意,函数f(x)的定义域为(0,+∞),
f′(x)=2ax,
①a<0时,l令2ax2+2-a=0,可得x20,
x,(负值舍去),
当x∈(0,)时,f'(x)>0,当x,+∞)时,f'(x)<0,
故函数f(x)在(0,)上单调递增,在(,+∞)单调递减.
②0≤a≤2时,f'(x)>0恒成立,函数在(0,+∞)上单调递增,
③a>2时,当x∈(0,)时,f'(x)<0,当x,+∞)时,f'(x)>0,
故函数f(x)在(0,)上单调递减,在(,+∞)单调递增.
综上,时,函数在(0,)上单调递增,在(,+∞)单调递减.
时,函数在上单调递增,
时,函数在(0,)上单调递减,在(,+∞)单调递增.
9.已知函数,讨论的单调性;
【答案】见解析
【解析】的定义域为,
,
对于,,
当时,,则在上是增函数.
当时,对于,有,则在上是增函数.
当时,
令,得或,
令,得,
所以在,上是增函数,
在上是减函数.
综上,当时,在上是增函数;
当时,在,上是增函数,
在上是减函数.
题型十:“准二次型”含参单调性分析
含参准二次函数型一般指的是含指数型或对数型的二次函数型,一般转化为熟悉的模型去理解。
【思考】举一个与导函数的正负性一致的导函数: .
【解析】导函数由和相乘,
而,的正负性分别与,的正负性一致,
则导函数的正负性与的正负性一致,
在为负,在为正.
【点拨】若能把“指数函数”型转化为“二次函数”型,那在画“导函数穿线图”上会显得更简单.
【例1】求函数其中的单调性.
【解析】由题意得,
(求导因式分解,知道存在零点,那要分析的正负性)
(1)若时,
当时,,递减;当时,,递增;
(2)若时,令⇒或;
(比较两个零点的大小,此时正负性等价于的正负性)
①当时,,,在上递增;
②若时,,
当时,,递减;
当或时,,递增.
③若时,,
当时,,递减;
当或时,,递增.
综上所述
当时,在递减,在递增;
当时,在上递增;
当时,,在递减, 在递增;
当时,在递减, 在递增.
【点拨】
① 求导后的因式分解很重要,从而确定零点个数;
② 当时,导函数正负性转化为二次函数
的正负性,转为熟悉模型,更容易分析!
【变式1-1】求函数的单调性.
【答案】当时,在递减;在递增;
当时,在上递增;
当时,在,递增,在递减;
当时,在,递增;在递减.
【解析】,
(1)若时,
当时,,递减;当时,,递增;
(2)若时,由,解得或,
①若时,,,在上递增;
②若时,
当时,,递减;
当或时,,递增.
③若时,,
当时,,递减;
当或时,,递增.
综上:当时,在递减;在递增;
当时,在上递增;
当时,在,递增,在递减;
若时,在,递增;在递减.
【变式1-2】讨论函数的单调性.
【答案】当时,在递减,在递增;
当时,在上递减;
当时,在递增, 在递减;
当时,在递增, 在递减.
【解析】.
(1)若时,,
当时,,递减;当时,,递增;
(2)若时,
令,解得
①若时,,,在内单调递减;
②若时,,
当或时,,递减;
当时,,递增.
则函数f(x)在(-∞,1)内单调递减,在(1,x0)内单调递增,在(x0,+∞)内单调递减.
③若时,,
当或时,,递减;
当时,,递增.
综上所述
当时,在递减,在递增;
当时,在上递减;
当时,在递增, 在,递减;
当时,,在递增, 在,递减.
【变式1-3】已知函数.讨论的单调性;
【解析】函数的定义域为,
求导得,
若,则,且当时,,当时,,
即函数在上递增,在上递减;
若,令,解得,
若,即,则恒成立,当时,,当时,,
即函数在上递减,在上递增;
若,即,则当时,,当时,,
即函数在上递增,在上递减;
若,即,则在上恒成立,函数在上递增;
若,即,则当时,,当时,,
即函数在上递增,在上递减,
所以当时,的递增区间为,递减区间为;
当时,的递增区间为和,递减区间为;
当时,的递增区间为,无递减区间;
当时,的递增区间为和,递减区间为;
当时,的递增区间为,递减区间为.
【变式1-4】已知函数的单调性.
【解析】 ,
(1)若时,,由,解得,
当时,;当,,
故在递减,在递增;
(2)若,由,解得或,
① 当时,,
当时,;当或时,,
故在递减,在,递增,
② 当时,,在上恒成立,故在上单调递增,
③ 当时,,
当时,;当或时,,
故在递减,在上单调递增;
综上:当,在递减,在递增,
当时,在递减,在递增,
当时,在上单调递增,
当时,在递减,在上单调递增.
【点拨】
① 令,,与的正负性一致,
若令,解得或是错的,
因为当时才有意义,故要按照和分类讨论;
② 若时,零点有两个或,讨论的正负性,
由于与的正负性一样,
所以与的正负性一样.
③ 分类讨论思维导图如下
分类讨论有两点较难的地方
(1) 分类的“不漏不重”:把每段分类看成一个集合,每两个集合间交集为空集即为“不重”,所有集合的并集是全集即为“不漏”;
(2) 分类的标准:在利用导数求含参函数的单调性,归纳成以下方法,仅供参考理解,
· 导函数是否存在零点;
· 若有零点,有几个?有两个以上,再比较零点大小;
· 零点与定义域端点的大小比较.
整个分类讨论的思考过程,结合导函数与原函数的图像进行分析能让思路更清晰.
【变式1-5】求函数的单调性.
【答案】当时,在上单调递增;
当时,时单调递减,时单调递增;
当时,时单调递减,时单调递增.
【解析】,
(1)若时,,此时在上单调递增;
(2)若时,令,解得,
当时,,单调递减;
当时,,单调递增;
(3)若时,令,解得,
当时,,单调递减;
当时,,单调递增;
综上,当时,在上单调递增;
当时,时,单调递减,时单调递增;
当时,时,单调递减,时单调递增.
1.以下哪个导函数的正负性与导函数的正负性一致 ( )
【答案】 D
2.求函数的单调性.
【解析】(1)f′(x)=-a(x-1)+(x-1)ex=(x-1)(ex-a),
∵a>0,由f′(x)=0可得x=1或x=lna,
(i)当时,,
在上,,单调递增,
在上,,单调递减;
(ii)当时,,在上恒成立,即在上单调递增;
(iii)当时,,
在上,,单调递增,
在上,,单调递减;
3.已知函数,.若,讨论函数的单调性;
【解析】
.
①当时,令,解得,
当时,,单调递增;当时,,单调递减;
在上单调递减,在上单调递增.
②当时,令,解得或,
当即时,在上单调递增,
在上单调递减,在上单调递增,
当即时,在上单调递增,
当即时,在单调递增,在上单调递减,在上单调递增,
综上所述:当时,在上单调递减,在上单调递增,
当时,在上单调递增,在上单调递减,在上单调递增,
当时,在上单调递增,
当时,在上单调递增;在上单调递减,在上单调递增.
4.已知函数f(x)=(x﹣1)ex﹣ax2+b.讨论f(x)的单调性;
【分析】(Ⅰ)对函数f(x)求导,对导数f'(x)分a≤0、、a=、四种情况讨论,即可求解.【解答】解:(Ⅰ)∵f(x)=(x﹣1)ex﹣ax2+b,f'(x)=x(ex﹣2a),
①当a≤0时,当x>0时,f'(x)>0,当x<0时,f'(x)<0,
∴f(x)在(﹣∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增,
②当a>0时,令f'(x)=0,可得x=0或x=ln(2a),
(i)当时,
当x>0或x<ln(2a)时,f'(x)>0,当ln(2a)<x<0时,f'(x)<0,
∴f(x)在(﹣∞,ln(2a)),(0,+∞)上单调递增,在(ln(2a),0)上单调递减,
(ii)a=时,
f'(x)=x(ex﹣1)≥0 且等号不恒成立,∴f(x)在R上单调递增,
(iii)当时,
当x<0或x>ln(2a)时,f'(x)>0,当0<x<ln(2a)时,f'(x)<0,
f(x)在(﹣∞,0),(ln(2a),+∞)上单调递增,在(0,ln(2a))上单调递减.
综上所述:
当 a⩽0 时,f(x) 在 (﹣∞,0)上单调递减;在 (0,+∞)上 单调递增;
当 时,f(x) 在 (﹣∞,ln(2a)) 和 (0,+∞)上单调递增;在 (ln(2a),0)上单调递减;
当 时,f(x) 在 R 上单调递增;
当 时,f(x) 在 (﹣∞,0)和 (ln(2a),+∞) 上单调递增;在 (0,ln(2a)) 上单调递减.
5.已知函数f(x)=ae2x+(a﹣2)ex﹣x.讨论f(x)的单调性;
【分析】(1)求导,根据导数与函数单调性的关系,分类讨论,即可求得f(x)单调性;
【解答】解:(1)由f(x)=ae2x+(a﹣2)ex﹣x,求导f′(x)=2ae2x+(a﹣2)ex﹣1,
∵e2x>0,ex>0
∴当a≤0时,f′(x)<0,
∴f(x)在R上单调递减,
当a>0时,f′(x)=(2ex+1)(aex﹣1)=2a(ex)(ex),
令f′(x)=0,解得:x=ln,
当f′(x)>0,解得:x>ln,
当f′(x)<0,解得:x<ln,
∴x∈(﹣∞,ln)时,f(x)单调递减,x∈(ln,+∞)单调递增;
综上可知:当a≤0时,f(x)在R单调减函数,
当a>0时,f(x)在(﹣∞,ln)是减函数,在(ln,+∞)是增函数;
6.已知函数f(x)=ex(ex﹣a)﹣a2x.讨论f(x)的单调性;
【分析】先求导,再分类讨论,根据导数和函数的单调性即可判断,
【解答】解:(1)f(x)=ex(ex﹣a)﹣a2x=e2x﹣exa﹣a2x,
∴f′(x)=2e2x﹣aex﹣a2=(2ex+a)(ex﹣a),
①当a=0时,f′(x)>0恒成立,
∴f(x)在R上单调递增,
②当a>0时,2ex+a>0,令f′(x)=0,解得x=lna,
当x<lna时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减,
当x>lna时,f′(x)>0,函数f(x)单调递增,
③当a<0时,ex﹣a>0,令f′(x)=0,解得x=ln(),
当x<ln()时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减,
当x>ln()时,f′(x)>0,函数f(x)单调递增,
综上所述,当a=0时,f(x)在R上单调递增,
当a>0时,f(x)在(﹣∞,lna)上单调递减,在(lna,+∞)上单调递增,
当a<0时,f(x)在(﹣∞,ln())上单调递减,在(ln(),+∞)上单调递增,
7.已知函数f(x)=(x﹣1)exa.讨论f(x)的单调性;
【分析】对f(x)求导,再对a分类讨论,由导数与单调性的关系求解即可;
【解答】解:函数f(x)=(x﹣1)exa,定义域为R,f'(x)=x(ex﹣a),
当a≤0时,令f'(x)<0,解得x<0;令f'(x)>0,解得x>0,
∴f(x)在(﹣∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增;
当a=1时,f'(x)≥0恒成立,当且仅当x=0时等号成立,∴f(x)在R上单调递增;
当0<a<1时,lna<0,令f'(x)<0,解得lna<x<0;
令f'(x)>0,解得x<lna或x>0,
∴f(x)在(﹣∞,lna)上单调递增,在(lna,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增;
当a>1时,lna>0,令f'(x)<0,解得0<x<lna;
令f'(x)>0,解得x<0或x>lna,
∴f(x)在(﹣∞,0)上单调递增,在(0,lna)上单调递减,在(lna,+∞)上单调递增.
综上,当a≤0时,f(x)在(﹣∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增;
当0<a<1时,f(x)在(﹣∞,lna)和(0,+∞)上单调递增,在(lna,0)上单调递减;
当a=1时,f(x)在R上单调递增;
当a>1时,f(x)在(﹣∞,0)和(lna,+∞)上单调递增,在(0,lna)上单调递减.
8.求函数的单调性.
【解析】(1)f′(x)=-a(x-1)+(x-1)ex=(x-1)(ex-a),
∵a>0,由f′(x)=0可得x=1或x=lna,
(i)当时,,
在上,,单调递增,
在上,,单调递减;
(ii)当时,,在上恒成立,即在上单调递增;
(iii)当时,,
在上,,单调递增,
在上,,单调递减;
9.已知函数.判断函数的单调性.
【解析】因为,定义域为,
,
令,因为,则,
可得在上单调递减,所以,
所以当时,,当时,,
所以在上单调递增,在上单调递减.
题型十一:二阶导求函数单调性
1 二阶导数的概念
如果函数的导数在处可导,则称的导数为函数在处的二阶导数,记为.
Eg 若函数,则,.
2二阶导数的意义
二阶导数是一阶导数的导数.从原理上看,它表示一阶导数的变化率;从图形上看,它反映的是函数图像的凹凸性.
若在内,则在内为凹函数;若在内,则在内为凸函数;
Eg ,其二次导数,为凹函数;
,其二次导数,为凸函数;
了解函数凹凸性,对于部分题型有助于更快地找到解题思路,特别是在切线放缩.
3 二次求导的运用
① 二阶导数在高中教材中没有介绍,我们不好直接使用二阶导数性质,甚至它的符号.
② 二次求导除了可以判断函数凹凸性,还有一个重要运用,
使用场景:某些函数一次求导后,解和难度较大或甚至解不出(即很难得到的正负性),则需要进行”二次求导”.
思考:若能知道的图像(或草图),其正负性是否更好分析呢?那图如何而来?求导便可画图拉,分析其单调性、极值、最值等,这样一想便有了以下解题步骤;
解题步骤:设,对求导,求出和的解,便可得到的单调性,进而求其最值,不难得到的正负性,由图可知原函数的单调性.
若也很难求解呢?那就要三次求导.
【例1】求函数的单调区间.
【解析】函数的定义域是, (注意定义域)
由,得,
令,则,
令,解得,令,解得,
故在递减,在递增,
故,
故在递增,无递减区间.
【点拨】
① 本题其实是对原函数进行了“二次求导”,思路可以如下
求原函数的单调区间
分析导函数的正负性(即的零点问题)
若能画出的图像一切就清楚,那就再分析的单调性和最值,故二次求导了.
② 原函数的单调性与导函数的正负性相关,分析导函数的正负性利用注重导函数的零点问题;
③ 是个重要的不等式.
【变式1-1】求函数的单调性.
【解析】 ,
令,则
令,则,
在递增,,即,
在递增,,即,
在递增.
【变式1-2】.已知函数.判断的单调性,并说明理由;
【解析】
令,
在上递增,,,
在上单调递增.
【例2】已知函数,为的导数,讨论的单调性;
【解析】由题知,
令,则,
当时,在区间单调递增,
当时,令,解得,
当时,,当时,,
所以在区间上单调递减,在区间上单调递增,
综上所述,当时,在区间上单调递增;
当时,在区间上单调递减,在区间上单调递增.
【变式2-1】求函数在的单调性.
【解析】,
设,
则,在上递增,;
① 当时,,即,在区间上单调递增,
② 当时,,当时,
则存在使得,
当时,,即,递减;
当时,,
综上所述,当时,在递增;当时在上先减后增.
【变式2-2】设函数的单调性.
【解析】,
令函数,则,
令,解得:,令,解得:,
故在递减,在递增,
故,
当时,,则在是单调递增,
当时,,
易知当时,,当时,,
由零点存在性定理知:存在,使得,
不妨设,
当时,,即,
当时,,即,
当时,,即,
故函数在递增,在递减,在递增.
综上,当时,在是单调递增;当时,
1.已知函数,判断的单调性,并说明理由;
【解析】
令,
在上递增,,,
在上单调递增.
2.函数.当时,求函数的单调性;
【解析】当时,,定义域为,
,记,则,
所以在上单调递增,又,
所以当时,,当时,,
所以在上单调递减,在上单调递增,
3.求函数的单调性.
【答案】当时,在递增;当时在上先增后减再增.
【解析】的定义域是,,
令,则
令,解得.
当时,,递减;当时,,递增;
,
① 若,即时,则,即,递增.
② 若,即时,,.
所以,使得;
且当时,,即,递减;
当时,,
综上所述,当时,在递增;当时在上先减后增.
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4.求函数的单调性.
【答案】函数的单调递增区间为,无单调递减区间
【解析】 f(x)的定义域为(0,+∞),
f'(x)=ex-1-lnx-1,,
因为f''(x)在(0,+∞)上单调递增,且f''(1)=0,
所以当x∈(0,1)时,f''(x)<0,f'(x)单调递减,
当x∈(1,+∞)时,f''(x)>0,f'(x)单调递增,
从而当x∈(0,+∞)时,f'(x)≥f'(1)=0,f(x)单调递增,
故函数的单调递增区间为,无单调递减区间;
题型十二:与三角函数有关问题
与三角函数有关问题时,要注意三角函数的有界性。
【例1】若函数,,设,试比较的大小.
【解析】(要比较的大小,显然想到单调性)
,设,
(要知道原函数的单调性,则分析的正负性,而它不太好分析,可构造函数二次求导,分析其单调性最值得到其函数图像便利于分析其正负性)
则
当时,,即在上递减,
,(此时得到函数的草图,正负性便确定)
,在上递减,
当,,即.
【点拨】
① 要研究函数的单调性,则需要分析导函数的正负性;
② 当一次求导后,发现导函数不太“友善”(不能转化为常见的“一次型导数”, “二次型导数”,“指数型导数”或其混合型等),则可考虑构造新函数进行二次求导.
【变式1-1】函数在上的单调递减区间为 .
【答案】
【解析】由题意知,.
即,,因为,所以,
所以在中,,
所以在上的单调递减区间为.
故答案为:
【变式1-2】已知函数.当时,求的单调区间;
【解析】(1)当时,,所以,
当时,,所以,则,
所以,在上单调递减.
当时,记,则,
因为,所以,在单调递增,
所以,即,所以在上单调递增.
综上,的减区间为,增区间为.
【变式1-3】已知函数.当时,讨论在区间上的单调性;
【解析】(1)当时,
.
因为,所以.
所以在区间上的单调递增.
【例2】求的单调性.
【解析】 ,
令,故,
当时,,故在上单调递增,
(要注意三角函数有界性)
(此时,分析导函数是否有零点,分和讨论.)
①当时,,即,
故在上单调递增;
②当时,,且,
故存在,使得,
当时,,单调递减;当时,,单调递增.
综上所述,当时,在上单调递增;
当时,在上先减后增.
【点拨】
① 当一次求导后的导函数不属于前面三种情况,形式比较复杂,若能分析出的图象,分析其正负性时就容易些,那函数可以“二次求导”分析的单调性、最值从而得到函数图象.
② 解题思考图如下
③ 解题的整体思想还是数形结合,有些复杂题型可能还要三次求导.
【变式2-1】求函数,,的单调区间.
【答案】的单调递减区间是,没有单调递增区间.
【解析】根据题意,,则.
令 ,,则 .
所以在区间上单调递减,
因为 ,所以,即 ,
所以的单调递减区间是,没有单调递增区间.
【例3】若函数的图象在区间上单调递增,则实数的最小值为 .
【答案】
【详解】因为,所以.
由的图象在区间上单调递增,
可知不等式即在区间上恒成立.
令,则,
当时,,所以在上单调递减,
故要使在上恒成立,只需.
由,解得,
故实数a的取值范围为,则a的最小值为.
故答案为:
【变式3-1】若函数在上单调递减,则实数的取值范围为( )
A.(-2,2) B.[-2,2] C.(-1,1) D.[-1,1]
【答案】B
【解析】依题意,f(x)=2sinxcosx-4x-msinx,
所以f′(x)=2(2cos2x-1)-4-mcosx=4cos2x-mcosx-6≤0对∀x∈[0,2π]恒成立.
设t=cosx∈[-1,1],g(t)=4t2-mt-6,
则g(t)≤0在[-1,1]上恒成立,
由二次函数的性质得
解得-2≤m≤2,
故选:B.
【变式3-2】已知函数f(x)=ax﹣sin2x在(0,π)上单调递增,则实数a的取值范围为( )
A.(1,+∞) B.[1,+∞) C.(2,+∞) D.[2,+∞)
【分析】先对函数求导,然后结合导数与单调性关系即可求解.
【解答】解:因为函数f(x)=ax﹣sin2x在(0,π)上单调递增,
所以f′(x)=a﹣2cos2x≥0在(0,π)上恒成立,
所以a≥2cos2x在(0,π)上恒成立,
所以a≥2.
故选:D.
1.已知函数f(x)=ax+cosx在上单调递增,则a的取值范围是( )
A.[﹣1,+∞) B.[1,+∞) C. D.
【分析】由已知可得f'(x)=a﹣sinx≥0在上恒成立,即a≥sinx,求出sinx的最大值即可得解.
【解答】解:因为函数f(x)=ax+cosx在上单调递增,
所以f'(x)=a﹣sinx≥0在上恒成立,
即a≥sinx,当x∈时,sinx的最大值为1,
所以a≥1,则a的取值范围是[1,+∞).
故选:B.
2.(多选)已知函数f(x)=xcosx﹣sinx﹣x的定义域为[﹣2π,2π],则( )
A.f(x)为奇函数 B.f(x)在[0,π)上单调递减
C.f(x)恰有2个极值点 D.f(x)有且仅有2个极大值点
【分析】根据奇函数的定义,即可判断A;利用导数判断函数的正负,即可判断B;利用导数f′(x)=0,转化为函数的交点个数问题,即可判断CD.
【解答】解:A.函数的定义域为[﹣2π,2π],关于原点对称,
又f(﹣x)=﹣xcos(﹣x)﹣sin(﹣x)+x=﹣xcosx+sinx+x=﹣f(x),
所以函数f(x)为奇函数,故A正确;
B.由f(x)=xcosx﹣sinx﹣x,得f′(x)=cosx﹣xsinx﹣cosx﹣1=﹣xsinx﹣1,
当x∈[0,π)时,f′(x)<0,所以函数f(x)在[0,π)上单调递减,故B正确;
C.显然f′(0)≠0,当x≠0时,令f′(x)=0,则﹣xsinx﹣1=0,所以,
分别作出y=sinx和在[﹣2π,2π]的图象,
由图可知,这两个函数的图象在区间[﹣2π,2π]上共有4个公共点,且图象在这些公共点处都不相切,
故f(x)在区间[﹣2π,2π]上的极值点的个数为4,有2个极大值点,故C错误,D正确.
故选:ABD.
3.求函数在区间的单调性.
【解析】
① 当时,,单调递增;
② 当时,设
则,在内单调递减,
又,
在内存在唯一的,使得,
当时,,单调递增;
当时,,单调递减.
综上所述,在内先增后减.
4.已知函数.当时,求的单调区间;
【解析】当时,若,则,
所以函数的单调递增区间为,无单调递减区间.
5.已知函数f(x)=xsinx+cosx,x∈(0,2π).求函数f(x)的单调区间和极值.
【解答】解:∵f(x)=xsinx+cosx,0<x<2π,
∴f′(x)=sinx+xcosx﹣sinx=xcosx,
令f′(x)=0,则 或,
∴当或时,f′(x)>0;
当时,f′(x)<0.
∴f(x)在上递增,在上递减,在上递增,
∴当时,f(x)取得极大值,
当时,f(x)取得极小值.
故函数f(x)的单调递增区间为,,单调递减区间为,极大值为,极小值为.
6.已知函数f(x)=(a﹣1)x+ex(a∈R).设函数g(x)=f(x)﹣sinx,若函数y=g(x)在[0,+∞)上为增函数,求实数a的取值范围.
【解答】解:因为函数y=g(x)在[0,+∞)上为增函数,
所以,g′(x)=a﹣1+ex﹣cosx≥0在[0,+∞)上恒成立.
即1﹣a≤ex﹣cosx在[0,+∞)上恒成立.
令h(x)=ex﹣cosx,当x∈[0,+∞)时,h′(x)=ex+sinx>0,
所以,h(x)=ex﹣cosx在[0,+∞)上单调递增,h(x)min=h(0)=0.
所以,1﹣a≤0,解得a≥1,
所以,实数a的取值范围为[1,+∞).
7.已知函数f(x)=sin2xsin2x.讨论f(x)在区间(0,π)的单调性;
【解答】解:f(x)=sin2xsin2x=2sin3xcosx,
∴f′(x)=2sin2x(3cos2x﹣sin2x)=2sin2x(3﹣4sin2x)
=2sin2x[3﹣2(1﹣cos2x)]=2sin2x(1+2cos2x),
令f′(x)=0,解得,x=,或x=,
当x∈(0,)或(,π)时,f′(x)>0,当x∈(,)时,f′(x)<0,
∴f(x)在(0,),(,π)上单调递增,在(,)上单调递减.
8.已知,若,讨论的单调性;
【解析】
令,则
则
当
当,即.
当,即.
所以在上单调递增,在上单调递减
9.已知函数.当时,讨论的单调性;
【解析】
因为,所以,
则
,
令,由于,所以,
所以,
因为,,,
所以在上恒成立,
所以在上单调递减.
10.已知函数.讨论函数在区间上的单调性;
【解析】由题意,,
令,,解得或或,当时,;当时,,
∴在区间和上单调递增,在和上单调递减;
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